趙志航 黃東 王詩(shī)琦 周勤 高凌峰

摘要：對(duì)于老年人摔倒這一日漸嚴(yán)重的問(wèn)題現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)研了解現(xiàn)有智能防摔設(shè)備，以及分析實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景需要針對(duì)的問(wèn)題后，提出了基于51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，并集合摔倒位姿判定、定位、報(bào)警、發(fā)聲等多功能的一種老年人拐杖摔倒報(bào)警裝置系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：防摔拐杖 51單片機(jī) 多功能 摔倒報(bào)警系統(tǒng)

1 前言

如何對(duì)老年人的摔倒進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，這個(gè)問(wèn)題亟需解決，本文根據(jù)老年人摔倒的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一種基于51單片機(jī)的老年人拐杖摔倒報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了位姿判定、GPS定位、聲光報(bào)警功能，能有效提高老年人摔倒后的救助效率。

2 現(xiàn)有研究

在對(duì)于相關(guān)智能防摔設(shè)備的研究后，以下兩類(lèi)系統(tǒng)最具代表性。

2.1 基于FPGA的視頻監(jiān)控摔倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

近幾年，圖像處理技術(shù)和大規(guī)模集成電路發(fā)展迅速，F(xiàn)PGA（field programmable gate array）的可編程性和強(qiáng)大的處理能力使其可以靈活、高效地應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

該系統(tǒng)由CMOS數(shù)字圖像傳感器，F(xiàn)PGA跌倒檢測(cè)平臺(tái)，通信系統(tǒng)和聲光報(bào)警系統(tǒng)組成，如圖1所示。CMOS數(shù)字圖像傳感器負(fù)責(zé)對(duì)老人生活的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)傳送到FPGA摔倒檢測(cè)平臺(tái)后，通過(guò)摔倒檢測(cè)算法判斷老人是否摔倒，當(dāng)檢測(cè)到老人摔倒后，GPRS通信模塊將會(huì)向外界發(fā)送信息，保證了老人摔倒的情況能及時(shí)被知曉，同時(shí)聲光報(bào)警模塊控制蜂鳴器與LED照明燈，實(shí)現(xiàn)了救護(hù)人員對(duì)老人的快速定位，避免出現(xiàn)救援不及時(shí)的情況。

2.2 老年人意外摔倒智能報(bào)警腰帶系統(tǒng)的研究

老人戴上硬件，并從父母的手機(jī)上安裝了軟件。硬件系統(tǒng)包括主控模塊、人體生理狀態(tài)檢測(cè)模塊、遠(yuǎn)程通信模塊、摔倒檢測(cè)模塊、GPS定位模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊，如圖2。在硬件系統(tǒng)中，跌倒檢測(cè)模塊首先確定老人的狀況，如果跌倒，GPS定位模塊將識(shí)別老人的位置，并且聲音警告系統(tǒng)也將工作。此信息將發(fā)送到移動(dòng)PPA，以通知年長(zhǎng)的父母。此外，由于發(fā)現(xiàn)了針對(duì)人的生理狀態(tài)的建模模塊，父母可以隨時(shí)通過(guò)移動(dòng)APP檢查其身體狀況。此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于腰帶設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，軟硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)也實(shí)現(xiàn)了監(jiān)護(hù)人對(duì)于老人生活狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握。

3 摔倒報(bào)警系統(tǒng)的功能組成

通過(guò)對(duì)于生活中的實(shí)際情況以及現(xiàn)有設(shè)備的研究，明確了摔倒報(bào)警系統(tǒng)需要有位姿判定、定位、聲光報(bào)警功能。單片機(jī)的各個(gè)引腳與外界模塊的電路連接，載入相關(guān)程序后便能實(shí)現(xiàn)這些功能。

單個(gè)的帶有芯片和各種模塊的微型計(jì)算機(jī)可以完成信息傳輸，無(wú)線傳輸模塊電路的集成的PT2272解碼與集成的PT2262編碼配對(duì)以執(zhí)行傳輸功能和信號(hào)接收。

為此，社會(huì)各界提出了“扶老被訛”和“防訛不扶”現(xiàn)象的對(duì)策，以維護(hù)當(dāng)事人合法利益。針對(duì)老年人獨(dú)自在外行走，突然發(fā)生跌倒時(shí)，旁邊沒(méi)有人可以提供救援及旁邊有人缺害怕因此負(fù)擔(dān)不必要的責(zé)任，我們系統(tǒng)首先采用位姿判斷確定老人是否摔倒，在確定老人摔倒之后，其他系統(tǒng)開(kāi)始工作：定位系統(tǒng)發(fā)送位置到家人手機(jī)，聲光報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)始工作，吸引路人前來(lái)救援。

3.1 老人摔倒位姿判定

硬件上可以外加震蕩傳感器，檢測(cè)模塊將數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)射與接收信息模塊反饋給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)此信息控制報(bào)警通道的打開(kāi)。其他的位姿判定的硬件還包括紅外傳感器、觸碰傳感器、按鍵等，這些傳感器還可以采用串聯(lián)方式，進(jìn)一步提高判定準(zhǔn)確度。

3.2 老人摔倒定位

第二個(gè)是跌倒后老人的定位功能，此功能的硬件模塊是GPS定位模塊，它可以收集有關(guān)老人位置的信息，并通過(guò)信息模塊將其通過(guò)單芯片發(fā)送回微型計(jì)算機(jī)。具有芯片的微型計(jì)算機(jī)通過(guò)遠(yuǎn)程通信模塊實(shí)現(xiàn)程序和硬件信息的傳輸。

3.3 聲光控制

最后是系統(tǒng)的聲光報(bào)警功能，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到摔倒的信號(hào)后，通過(guò)改變蜂鳴器以及LED燈的電位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了蜂鳴器報(bào)警以及燈光閃爍，在室外可以告知周?chē)死先说木o急情況，以此尋求救護(hù)，在室內(nèi)也可告知趕到的救護(hù)人員老人所在房間，提高救援效率。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)老年人口的增加，老年人摔倒救護(hù)問(wèn)題亟需解決，摔倒對(duì)于老年人的傷害是巨大的，除了引發(fā)其他疾病外，如果救助不及時(shí)還有可能存在生命危險(xiǎn)，治療會(huì)消耗很多的醫(yī)療物質(zhì)，還需要支付巨額的醫(yī)療費(fèi)用，這對(duì)于一個(gè)家庭的打擊是沉重的。

本系統(tǒng)的位姿判定、定位、聲光報(bào)警能保證老人在跌倒后外界能及時(shí)知曉，前往救護(hù)，顯著提高救護(hù)效率，避免因救護(hù)不及時(shí)對(duì)老人造成更大的傷害，具有很大的社會(huì)價(jià)值。

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基金項(xiàng)目

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃--關(guān)懷式老年人摔倒保護(hù)及報(bào)警裝置（201910616016）。